Mini-zonnecellen die direct worden aangebracht op een siliciumchip zouden in de toekomst draadloze sensornetwerken betrouwbaar en efficiënt van energie kunnen voorzien. Dit maakt het gebruik op grote oppervlakken, zoals de landbouw, gemakkelijker.
Sensornetwerken, waarbij losse modules draadloos met elkaar communiceren, kunnen over grote oppervlakken worden verspreid, de omgeving meten en deze data aan elkaar en aan een centraal station doorgeven. Op deze manier zijn sensornetwerken te gebruiken voor diverse doeleinden, van brandbeveiliging tot het bewaken van grote landbouwprojecten.
Een knelpunt bij dergelijke toepassingen is de energievoorziening van de losse sensormodulen. Een kabelverbinding is op grote oppervlakken uit kostenoogpunt nauwelijks een optie. Bovendien is het voor veel toepassingen van belang, dat het sensornetwerk onopvallend in de omgeving kan worden geïntegreerd. Ook mag het aanzien van een gebouw vaak niet worden beïnvloedt, zoals bij systemen voor het openen en sluiten van ramen als onderdeel van een intelligent woning management.
Bij het gebruik van batterijen ontbreken weliswaar de kabels, maar de kosten door regelmatige controle/vervanging van batterijen mogen vooral bij grote netwerken niet worden onderschat.
Zonnecel op sensorchip
Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) hebben nu samen met Solchip een alternatief ontwikkeld: ze gebruiken voor de energievoorziening een bron, die bijna overal gratis ter beschikking staat: zonlicht. Ze brengen met speciale processtappen een mini-zonnecel direct op de siliciumchip van een sensormodule aan.
Maar dat klinkt simpeler dan het is. De ASIC’s op de siliciumchip mogen door de volgende processtappen immers niet worden beschadigd. De structuren van de ASCIS zijn zeer gevoelig en dat maakt de aanvullende bewerking zo kritisch. De onderzoekers gebruiken daarom een speciaal ontwikkelde soft procestechniek, die al is beproefd bij een breed scala van ASICS.
Licht als energiebron
Met de minizonnecellen vertrouwen de onderzoekers op een methode, die vooral in het lage vermogensgebied steeds meer wordt gebruikt: energy harvesting. Hierbij wordt gebruik gemaakt van bronnen uit de onmiddellijke omgeving om daaruit geringe hoeveelheden elektriciteit te winnen. De sensormodulen hebben als het ware van hun eigen kleine energiecentrale en zijn onafhankelijk van externe energievoorziening. Als energiebron zouden ook warmteverschillen of trillingen kunnen dienen.
Zonnecellen hebben echter een aantal voordelen. Licht is over een lange tijdsperiode nagenoeg constant beschikbaar en heeft ook minder last van sterke wisselingen, zoals bij andere bronnen vaak het geval is. Een ander pluspunt is dat zonne-energie relatief gemakkelijk kan worden omgezet in elektrische energie.
Momenteel gaat de aandacht bij de ontwikkelingswerkzaamheden uit naar toepassing in de landbouw. Draadloze zelfvoorzienende sensornetwerken kunnen worden verdeeld over grote landbouwgebieden. Figuurlijk gesproken worden de sensornetwerken gewoon over het veld uitgestrooid.
De kleine intelligente hulpjes meten bijvoorbeeld de bodemvochtigheid of de straling van de zon en sturen de data naar een centrale computer. De landbouwer kan dan aan de hand van de meetresultaten de irrigatie aanpassen of de te verwachten oogst bepalen. De technologie is klaar voor gebruik, Solchip zorgt nu voor de verkoop.
